CN113764883A - 一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩及其成型工装、方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩及其成型工装、方法，该天线罩为复合材料与蜂窝夹层制成，其包括罩壳部和罩沿部；所述罩壳部设有蜂窝夹心层，所述罩沿部设有玻纤加强层，在保证在不影响透波率的情况下达到需要的机械强度，同时大大减轻天线罩的重量，利于轻量化设计；该天线罩成型工装采用软性盖板辅助阳模组件对天线罩成型，软性盖板随形性好，且其内表面为碳纤织物，其可保证天线罩的外观平滑度及型面精度，有效避免天线表面产生凹陷和胶棱；阳模设有脱模顶出装置，便于脱模；采用该天线罩成型工装进行天线罩成型，方法简单，效果显著，具有非常好的使用价值。

Description

一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩及其成型工装、方法

技术领域

本发明涉及一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩及其成型工装、方法。

背景技术

随着现代无线通信技术的发展，多功能通信系统的应用越来越广泛，对天线罩的设计及制造提出了更高的要求。天线罩是罩在天线上的一种壳体结构，其集高透波率与机械防护为一体，保护天线系统免受外部环境影响，给天线系统提供了一个安全可靠的工作环境，为长时间工作的天线延长了使用寿命，也使天线系统的选址更加灵活。因此，天线罩不仅承受气动载荷的作用，还要满足气动外形和透波性能的要求。

由于处于室外的天线系统通常为露天工作，直接受到自然界中暴风雨、酸雨、冰雹、冰雪、沙尘、雾霾以及烈日等因素的侵袭，这些因素容易致使天线系统的精度降低、寿命缩短、工作可靠性差等问题。因此，天线罩在设计时，不仅要求其在机械性能上能经受外部恶劣环境的作用，还要求其满足一定的电性能要求，尤其是透波率的指标。另外，当天线罩作为一种飞行器的结构件时，轻量化也成为设计过程中重要的考虑因素，因为有研究表明，重量的减轻将提升飞机等飞行器的性能，继而能有效降低运营成本。

然而，现有的天线罩很难同时达到上述的设计要求，因此，发展航空航天新材料、探索新工艺，成为天线罩制备技术发展的关键。

发明内容

针对上述存在的问题及为了达到上述的目的，本发明提供一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩及其成型工装、方法，天线罩的材料选用玻璃纤维预浸布与蜂窝夹层结构，成型工艺采用金属阳模结合软性盖板的成型工艺，可有效兼顾机械性能、透波率指标及轻量化的设计要求。具体技术方案如下：

首先，本发明提供一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩，该天线罩为复合材料与蜂窝夹层制成，其包括罩壳部和罩沿部；所述罩壳部设有蜂窝夹心层，所述罩沿部设有玻纤加强层。

前述的冠形复合材料蜂窝夹层天线罩，所述罩壳部的结构从内至外依次包括第一玻纤层、蜂窝夹心层和第二玻纤层；所述罩沿部的结构从内至外依次包括第一玻纤层、玻纤加强层和第二玻纤层；所述罩壳部的第一玻纤层和第二玻纤层与罩沿部的第一玻纤层、第二玻纤层一体成型。即天线罩的内外表面均由多层玻璃纤维整铺，中间铺层底部为多层玻璃纤维加强层，中间铺层中部及天线罩冠顶为蜂窝夹芯层。所述罩沿部的玻纤加强层厚度与蜂窝夹心层厚度相当，且向罩壳部延伸一定高度，在保证在不影响透波率的情况下达到需要的机械强度。

优选的，所述第一玻纤层和第二玻纤层的厚度均为0.092～0.23mm；所述蜂窝夹心层及玻纤加强层的厚度均为0.8～1.5mm；所述玻纤加强层向罩壳部延伸的高度为10～25mm。

其次，本发明提供一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩成型工装，该成型工装包括阳模组件和软性盖板；所述阳模组件用前述的冠形复合材料天线罩内型面成型，所述软性盖板用于前述的冠形复合材料天线罩外型面成型。

前述的冠形复合材料蜂窝夹层天线罩，所述阳模组件包括阳模主体和脱模顶出装置；所述阳模主体一体成型，其包括罩壳成型部和罩沿成型部；所述脱模顶出装置位于阳模主体的罩沿成型部上，且靠近罩壳成型部设置。

前述的冠形复合材料蜂窝夹层天线罩，所述脱模顶出装置包括顶出板和顶出丝；所述顶出板位于阳模主体罩沿成型部的型面上，所述罩沿成型部对应顶出板的位置设有顶出丝孔，所述顶出丝设置在顶出丝孔内。

优选的，所述顶出板为一环形板，其套设在阳模主体罩沿成型部的型面上；所述顶出丝为一个、两个或多个，其穿过顶出丝孔将顶出板顶起。

优选的，所述软性盖板的形状与待成型的冠形复合材料天线罩的形状一致，其包括碳纤维内层和碳纤维内层；所述碳纤维内层为碳纤维增强复合材料制成，其厚度为0.3～0.7mm，所述碳纤维内层为硅橡胶，其厚度为1.5～3mm，以保证能承受冠形复合材料天线罩成的温度及提供相应的压力。

另外，本发明还提供一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩成型方法，该方法为使用前的成型工装成型冠形复合材料天线罩，包括步骤如下：

步骤一：阳模组件装配：将脱模顶出装置按照要求组装在阳模主体上，备用；

步骤二：铺贴封装：在装配好的阳模组件上依次铺贴第一玻纤层、蜂窝夹心层和玻纤加强层、第二玻纤层、脱模布，然后罩上软性盖板，最后采用真空袋及密封条封装；

步骤三：固化成型：将铺贴封装好的模具及料片一起送入烘箱，在设定的固化参数下固化成型；固化温度优选为180±6℃，进行全程抽真空固化；

步骤四：顶出脱模：拆下软性盖板及脱模布，拆除顶出板的固定件，然后通过顶出丝将顶出板向上顶起，继而将成型的天线罩从阳模上顶出脱模；

本发明方法的有益效果：

本发明通过软性盖板辅助金属工装完成冠形圆柱状复合材料玻璃纤维蜂窝夹芯天线罩的制造，达到了以下技术效果：

1、本发明天线罩的材料选择透波性复合材料玻璃纤维，中间及冠顶部分采用蜂窝夹芯设计，该两种材料介电常数低，电磁波在天线罩壁的反射较小，电性能高，透波率高。

2、本发明天线罩内外各铺贴多层全面覆盖的玻璃纤维预浸料，可以有效减缓蜂窝芯格空腔对天线罩外观的影响，使表面凹陷的程度减低，减少零件腻子填充层的厚度，提高零件的透波率。

3、本发明天线罩底部局部多层玻纤加强铺层和蜂窝夹芯设计罩体，增强了天线罩的机械强度和刚度，也提升了天线罩的承载能力，有效保证天线罩在钻孔、装配过程及露天恶劣的环境中不崩裂或破损。

4、本发明天线罩蜂存在窝夹芯结构，其轻量化设计，有效降低飞行器的重量，提升飞行器的性能，可降低运营成本。

5、本发明天线罩成型方法，采用金属阳模结合软性盖板的成型工艺，即天线罩内腔采用金属阳模，外表面采用随形的软性盖板辅助成型。由于软性盖板的内表面（零件接触面）为细腻的碳纤织物，且具有一定刚度，其可保证天线罩的外观平滑度及型面精度，有效避免零件表面因制袋或蜂窝夹芯空腔产生凹陷和胶棱，同时进一步减少零件腻子填充层的厚度，保证天线罩的平面度，提高其透波率。

6、本发明天线罩成型方法，采用顶出板和顶出丝脱模，操作方便且能提高效率，最重要的是通过顶出板将成型的天线罩整体顶出，避免脱模操作时的局部用力拉扯，保证天线罩的整体机械强度。

总体而言，本发明天线罩成型方法简单，成型工装简洁而效果突出，所制备的天线罩同时具备优越的机械性能及透波性能，同时采用玻纤夹蜂窝层的设计，极大地减轻了天线罩的重量，利于飞机等航空航天飞行器的轻量化设计，对发展先进武器和促进国防现代化也同样具有重要意义。

附图说明

图1为本发明冠形复合材料蜂窝夹层天线罩成型工装的阳模组件结构示意图；

图2为本发明冠形复合材料蜂窝夹层天线罩成型装置整体示意图。

图中：1、蜂窝夹心层；2、玻纤加强层；3、第一玻纤层；4、第二玻纤层；5、阳模组件；51、阳模主体；511、罩壳成型部；512、罩沿成型部；52、脱模顶出装置；521、顶出板；522、顶出丝；523、顶出丝孔；6、软性盖板；61、碳纤维内层；62、橡胶外层；7、脱模布；8、真空袋；9、密封条。

具体实施方式

下面将结合实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明较佳实施例，而不是全部的实施例，亦并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用所揭示的技术内容加以变更或改型等同变化。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

实施例1

本实施例是一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩及其成型过程。

本实施例所述的天线罩为复合材料与蜂窝夹层制成，其包括罩壳部和罩沿部；且所述罩壳部设有蜂窝夹心层1，所述罩沿部设有玻纤加强层2。即天线罩罩壁材料选择透波性复合材料玻璃纤维，中间及冠顶部分采用蜂窝夹芯设计，该两种材料介电常数低，电磁波在天线罩壁的反射较小，电性能高，透波率高，可在保证在不影响透波率的情况下达到需要的机械强度，同时大大减轻天线罩的重量，利于飞机等航空航天飞行器的轻量化设计。具体地，所述罩壳部从内至外依次包括第一玻纤层3、蜂窝夹心层1和第二玻纤层4；所述罩沿部从内至外依次包括第一玻纤层3、玻纤加强层2和第二玻纤层4；所述罩壳部的第一玻纤层3和第二玻纤层4与罩沿部的第一玻纤层3、第二玻纤层4一体成型。即天线罩的内外表面（第一玻纤层3和第二玻纤层4）均由多层玻璃纤维整铺，中间铺层底部为多层玻璃纤维加强层（玻纤加强层2），中间铺层中部及冠顶为蜂窝夹芯层（蜂窝夹心层1）。

本实施例所述的天线罩，所述第一玻纤层3和第二玻纤层4的厚度均优选为0.092～0.23mm；所述罩沿部的玻纤加强层2厚度与蜂窝夹心层1厚度相当，均优选为0.8～1.5mm，且向罩壳部延伸一定高度，延伸的高度优选为10～25mm，以保证在不影响透波率的情况下增强天线罩的机械强度和刚度，也提升了天线罩的承载能力，有效保证天线罩零件在钻孔、装配过程及露天恶劣的环境中不崩裂或破损。

本实施例中，用于冠形复合材料蜂窝夹层天线罩成型的成型工装，设计如下：该成型工装包括阳模组件5和软性盖板6；所述阳模组件5用于天线罩内型面成型，所述软性盖板6用于天线罩外型面成型。

其中，所述软性盖板6的形状与待成型的冠形复合材料天线罩的形状一致，其包括碳纤维内层61和碳纤维内层62；所述碳纤维内层61为碳纤维增强复合材料制成，其厚度为0.3～0.7m，所述碳纤维内层62优选为硅橡胶，其厚度为1.5～3mm，以保证能承受冠形复合材料天线罩成的温度及提供相应的压力。所述阳模组件5，如图1所示，包括阳模主体51和脱模顶出装置52；所述阳模主体51为采用机械加工方式一体成型的一套或多套金属实心模，其包括罩壳成型部511和罩沿成型部512；所述脱模顶出装置52位于阳模主体51的罩沿成型部512上，且靠近罩壳成型部511设置，以便将成型后的天线罩顶出脱模。

所述脱模顶出装置52具体包括顶出板521和顶出丝522；所述顶出板521设置在阳模主体51罩沿成型部512的型面上，其形状优选为一环形板，主要考虑可以将成型后的天线罩整体顶起脱模。也可选用两半环形板或多个扇面形板，但需考虑板块之间的连接问题，保证天线罩沿部的材料铺贴，且需保证天线罩成型受热均匀，因此顶出板521优选为整体的环形板，其中间的环孔卡合套设在阳模主体的罩壳成型部511上，既利于组装及拆卸，又能有效为天线罩成型提供均匀支撑力并保证天线罩成型过程受热均匀。所述顶出丝522用于将顶出板521顶起，在阳模主体51的罩沿成型部512上对应顶出板521的位置设有顶出丝孔523，所述顶出丝522设置在顶出丝孔523内，所述顶出丝522为一个、两个或多个，其穿过顶出丝孔523将顶出板521顶起。一般情况下，设定一个顶出丝522即可实现将顶出板521均顶起，但为了顶出板521顶起时受力均匀考虑，可对称设置两个或围绕沿部均匀设置多个。

本实施例所述的天线罩的成型装置如图2所示，成型过程包括步骤如下：

步骤一：阳模组件装配：将脱模顶出装置52按照要求组装在阳模主体51上；

步骤二：铺贴封装：在装配好的阳模组件5上依次铺贴第一玻纤层3（多层玻璃纤维整铺）、蜂窝夹心层1和玻纤加强层2、第二玻纤层4（多层玻璃纤维整铺）、脱模布7，然后罩上软性盖板6，最后采用真空袋8及密封条9封装；

步骤三：固化成型：将铺贴封装好的模具及料片一起送入烘箱，设定固化温度为180±6℃，进行全程抽真空固化；

步骤四：顶出脱模：固化完毕后，拆下软性盖板6及脱模布7，拆除顶出板521的固定件，通过顶出丝522将顶出板521向上顶起，继而将成型的天线罩从阳模上脱模；

实施例2

将实施例1制成的天线罩进行电学性能（透波率）、重量等性能测试，以与实施例1的天线罩同样成型方法制备的不设蜂窝层（即三个铺层全部都是玻纤材料）的天线罩作为对比例进行对比。结果如表1所示。

表1. 天线罩电学性能及重量测试结果

检测项目	实施例1	对比例
			透波率	平均值85.8%，最小值51%	平均值75.3%，最小值41.5%
重量	9.6g	15.6g

从表1可以看出，本发明天线罩透波率平均值及最小值较对比例均显著提高，重量显著减轻。这是由于本发明天线罩的材料选择透波性复合材料玻璃纤维，中间及冠顶部分采用蜂窝夹芯设计，该两种材料介电常数低，电磁波在天线罩壁的反射较小，电性能高，因此透波率高；且蜂窝层重量轻，进一步使天线罩轻量化，而其轻量化设计，促进所在的飞行器的轻量化设计，进而有效降低飞行器的重量，提升飞行器的性能，降低运营成本。

此外，本发明天线罩内外各铺贴多层全面覆盖的玻璃纤维预浸料，可以有效减缓蜂窝芯格空腔对天线罩外观的影响，使表面凹陷的程度减低，减少零件腻子填充层的厚度，提高零件的透波率。天线罩底部局部多层玻纤加强铺层和蜂窝夹芯设计罩体，增强了天线罩的机械强度和刚度，也提升了天线罩的承载能力，有效保证天线罩在钻孔、装配过程及露天恶劣的环境中不崩裂或破损。

本发明天线罩成型方法，采用金属阳模结合软性盖板的成型工艺，即天线罩内腔采用金属阳模，外表面采用随形的软性盖板辅助成型。由于软性盖板的内表面（零件接触面）细腻，且具有一定刚度，其可保证天线罩的外观平滑度及型面精度，有效避免零件表面因制袋或蜂窝夹芯空腔产生凹陷和胶棱，同时进一步减少零件腻子填充层的厚度，保证天线罩的平面度，提高其透波率。且在脱模时，采用顶出板和顶出丝脱模，操作方便且能提高效率，最重要的是通过顶出板将成型的天线罩整体顶出，避免脱模操作时的局部用力拉扯，保证天线罩的整体机械强度。

总体而言，本发明天线罩成型方法简单，成型工装简洁而效果突出，所制备的天线罩同时具备优越的机械性能及透波性能，同时采用玻纤夹蜂窝层的设计，极大地减轻了天线罩的重量，利于飞机等航空航天飞行器的轻量化设计，对发展先进武器和促进国防现代化也同样具有重要意义

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩，其特征在于：该天线罩为复合材料制成，其包括罩壳部和罩沿部；且所述罩壳部设有蜂窝夹心层（1），所述罩沿部设有玻纤加强层（2）。

2.根据权利要求1所述的冠形复合材料蜂窝夹层天线罩，其特征在于：

所述罩壳部从内至外依次包括第一玻纤层（3）、蜂窝夹心层（1）和第二玻纤层（4）；

所述罩沿部从内至外依次包括第一玻纤层（3）、玻纤加强层（2）和第二玻纤层（4）；

所述罩壳部的第一玻纤层（3）和第二玻纤层（4）与罩沿部的第一玻纤层（3）、第二玻纤层（4）一体成型；

所述罩沿部的玻纤加强层（2）厚度与蜂窝夹心层（1）厚度相当，且向罩壳部延伸一定高度。

3.根据权利要求2所述的冠形复合材料蜂窝夹层天线罩，其特征在于：所述第一玻纤层（3）和第二玻纤层（4）厚度均为0.092～0.23mm；所述蜂窝夹心层（1）及玻纤加强层（2）厚度均为0.8～1.5mm；所述玻纤加强层（2）向罩壳部延伸的高度为10～25mm。

4.一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩成型工装，其特征在于：包括阳模组件（5）和软性盖板（6）；所述阳模组件（5）用于权利要求1-3任一项所述的冠形复合材料天线罩内型面成型，所述软性盖板（6）用于权利要求1-3任一项所述的冠形复合材料天线罩外型面成型。

5.根据权利要求4所述的冠形复合材料天线罩成型工装，其特征在于：所述阳模组件（5）包括阳模主体（51）和脱模顶出装置（52）；所述阳模主体（51）一体成型，其包括罩壳成型部（511）和罩沿成型部（512）；所述脱模顶出装置（52）位于阳模主体（51）的罩沿成型部（512）上，且靠近罩壳成型部（511）设置。

6.根据权利要求5所述的冠形复合材料蜂窝夹层天线罩成型工装，其特征在于：所述脱模顶出装置（52）包括顶出板（521）和顶出丝（522）；所述顶出板（521）设置在阳模主体（51）罩沿成型部（512）的型面上，所述罩沿成型部（512）对应顶出板（521）的位置设有顶出丝孔（523），所述顶出丝（522）设置在顶出丝孔（523）内。

7.根据权利要求6所述的冠形复合材料蜂窝夹层天线罩成型工装，其特征在于：所述顶出板（521）为一环形板，其套设在阳模主体（51）罩沿成型部（512）的型面上；所述顶出丝（522）为一个、两个或多个，其穿过顶出丝孔（523）将顶出板（521）顶起。

8.根据权利要求4所述的冠形复合材料蜂窝夹层天线罩成型工装，其特征在于：所述软性盖板（6）的形状与待成型的冠形复合材料天线罩的形状一致，其包括碳纤维内层（61）和碳纤维内层（62）；所述碳纤维内层（61）为碳纤维增强复合材料制成，其厚度为0.3～0.7mm，所述碳纤维内层（62）为硅橡胶，其厚度为1.5～3mm，以保证能承受冠形复合材料天线罩成的温度及提供相应的压力。

9.一种冠形复合材料蜂窝夹层天线罩成型方法，其特征在于：该方法为使用权利要求4-8任一项所述的成型工装成型权利要求1-3任一项所述的冠形复合材料天线罩，包括步骤如下：

步骤一：阳模组件装配：将脱模顶出装置（52）按照要求组装在阳模主体（51）上，备用；

步骤二：铺贴封装：在装配好的阳模组件（5）上依次铺贴第一玻纤层（3）、蜂窝夹心层（1）和玻纤加强层（2）、第二玻纤层（4）、脱模布（7），然后罩上软性盖板（6），最后采用真空袋（8）及密封条（9）封装；

步骤三：固化成型：将铺贴封装好的模具及料片一起送入烘箱，在设定的固化参数下固化成型；

步骤四：顶出脱模：固化完毕后，先拆下软性盖板（6）及脱模布（7），并拆除顶出板（521）的固定件，然后通过顶出丝（522）将顶出板（521）向上顶起，继而将成型的天线罩从阳模上脱模。

10.根据权利要求9所述的冠形复合材料蜂窝夹层天线罩成型方法，其特征在于：步骤三中所述固化成型的为180±6℃下进行全程抽真空固化。

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